Quatre secrets du Soleil sur lesquels la sonde Solar Orbiter doit faire la lumière

La sonde développée par l'Agence spatiale européenne a décollé le 10 février de cap Canaveral, aux Etats-Unis, direction le Soleil, qu'elle doit étudier pendant dix ans.

Vue d\'artiste montrant la sonde Solar Orbiter à proximité du Soleil.
Vue d'artiste montrant la sonde Solar Orbiter à proximité du Soleil. (NASA / AFP)

"Le Soleil, on l'observe depuis très longtemps. On le connaît relativement bien, mais il y a encore des mystères." Milan Maksimovic, directeur de recherche CNRS à l'Observatoire de Paris, a répondu à franceinfo depuis la Floride (Etats-Unis), lundi 10 février, où il a assisté au lancement de la sonde Solar Orbiter. Sa présence à cap Canaveral n'est pas étonnante : il est l'"investigateur principal" du Radio Plasma Waves, l'un des instruments embarqués par l'engin développé par l'Agence spatiale européenne (ESA).

Alors que la Terre se trouve à quelque 150 millions de kilomètres de notre étoile, Solar Orbiter va se positionner à environ 40 millions de kilomètres de celle-ci pour l'observer sous des angles inédits. Franceinfo détaille les zones d'ombre que cette mission à 1,5 milliard d'euros doit éclairer.

1 La température plus élevée de sa couronne

L'une des principales missions de Solar Orbiter est de s'intéresser à la couronne solaire – "C'est ce que l'on voit autour du Soleil lors d'une éclipse solaire", explique Milan Maksimovic.

La couronne solaire visible depuis l\'Oregon (Etats-Unis) lors d\'une éclipse totale de soleil, le 21 août 2017.
La couronne solaire visible depuis l'Oregon (Etats-Unis) lors d'une éclipse totale de soleil, le 21 août 2017. (ROBYN BECK / AFP)

"Cette couronne est principalement constituée d'hydrogène ionisé parce qu'elle est extrêmement chaude. Et la couronne est beaucoup plus chaude que la surface du Soleil", poursuit le scientifique.

La surface du Soleil est à 5 500 °C alors que sa couronne est à 1 000 000 °C.Milan Maksimovicà franceinfo

Ce constat est contre-intuitif. Normalement, la chaleur devrait se dissiper en s'éloignant de la source. Or, celle-ci augmente plutôt avec la distance. "On est déjà à une quinzaine de milliers de degrés en l'espace d'environ 2 000 km, relève l'astrophysicien Tahar Amari, interrogé sur France Culture. Mais ensuite, en quelques centaines de kilomètres, on passe à des centaines de milliers de degrés. Et à 7 000 km de la surface, on est à un million de degrés."

Cette hausse de la température avec la distance demeure une énigme. "On ne sait toujours pas quels sont les mécanismes qui chauffent la couronne", remarque Milan Maksimovic. "Nous avons deux ou trois théories possibles mais on ne sait toujours pas quelle est celle qui marche le mieux. Les observations de Solar Orbiter vont permettre de les tester", résume-t-il. Et de souligner qu'avec le Radio Plasma Waves, les chercheurs espèrent mettre à l'épreuve l'une des hypothèses pouvant expliquer le réchauffement de la couronne.

2L'origine des vents solaires

L'autre mission principale de Solar Orbiter est de "comprendre comment le Soleil crée et contrôle l'héliosphère", selon Anne Pacros, responsable mission et charge utile de l'ESA. L'héliosphère est une bulle de matière qui entoure tout le système solaire. Elle est baignée dans un flot permanent de particules, appelé vent solaire. Celui-ci est "tellement ténu qu'on ne pourrait le ressentir comme un vent sur Terre", explique Thierry Dudok de Wit, professeur à l'université d'Orléans, membre du Laboratoire de physique et chimie de l'environnement et de l'espace, sur France Inter.

Concrètement, "le vent solaire est un plasma, c'est-à-dire un gaz constitué principalement d'électron et de protons mais également d'ions", explique l'Observatoire de Paris. L'illustration de la Nasa ci-dessous, qui montre où se trouvent les sondes Voyager 1 et Voyager 2, permet de visualiser la forme de l'héliosphère et de donner un ordre de grandeur de sa taille. Notre Soleil est le point jaune au centre de l'image.

Illustration de la Nasa montrant où se trouvent les sondes Voyager 1 et Voyager 2 par rapport à notre système solaire et à l\'héliosphère.
Illustration de la Nasa montrant où se trouvent les sondes Voyager 1 et Voyager 2 par rapport à notre système solaire et à l'héliosphère. (NASA / JPL-CALTECH)

Les aurores boréales et australes sont des expressions visibles des vents solaires. Aux pôles Nord et Sud de la Terre, la magnétosphère – protection magnétique et naturelle de notre planète – présente des faiblesses. Les particules du Soleil rentrent alors en contact avec l'atmosphère terrestre et produisent d'impressionnantes lumières vertes, roses ou bleues, comme l'explique cette vidéo d'Arte.

Outre ces merveilleux spectacles nocturnes, le Soleil peut lancer des particules énergétiques (bien plus chargées) et à une vitesse bien plus importante. Les scientifiques parlent d'"éjection de masse coronale" (EMC), qui surviennent lors d'éruptions solaires aussi appelées "tempêtes solaires" dans le langage courant.

Ces dernières peuvent affecter nos infrastructures terrestres. "Les GPS aujourd'hui ne sont pas opérationnels 24h/24 à cause des tempêtes solaires", remarque Thierry Dudok de Wit sur France Inter. Voici une éruption solaire filmée par la Nasa en 2015.

Surtout, ces tempêtes peuvent s'avérer extrêmement dangereuses pour nos équipements, voire notre mode de vie. La Nasa avait même affirmé que celle du 23 juillet 2012 aurait pu "renvoyer la civilisation contemporaine au XVIIIe siècle".

Si elle avait touché notre planète, elle aurait provoqué un orage violent géomagnétique affectant les réseaux de distribution d'électricité, générant d'importants black-outs et plongeant des continents entiers dans le noir. Les systèmes GPS auraient été mis hors de fonction, les communications par satellite, connexion internet ou téléphones portables auraient été impossibles.

Les observations de Solar Orbiter doivent aider les chercheurs à mieux comprendre ces vents solaires et, dans l'idéal, à mieux anticiper les éruptions solaires les plus violentes. Deux objectifs sont visés : protéger nos équipements terrestres, mais aussi protéger les cosmonautes lorsqu'ils doivent réaliser une sortie spatiale et, dans un futur potentiel, ceux qui voyageront vers des destinations lointaines comme la planète Mars.

Pour l'instant, nous ne savons pas prédire les éruptions solaires : nous pouvons simplement estimer, une fois qu'une éruption est observée, la période à laquelle la matière coronale va atteindre la Terre. Aujourd'hui, "pour une éjection de masse coronale assez rapide, nous pouvons prévoir l'impact environ deux jours en avance", précise Milan Maksimovic.

Ce que l'on souhaite prédire, c'est non seulement quand arrivent les éruptions solaires mais surtout leur intensité.Milan Maksimovicà franceinfo

Mais tout cela découle de la connaissance des différences de températures aux environs de notre étoile. "Une fois que l'on a bien compris le mécanisme de chauffage de la couronne, la formation du vent solaire, les éruptions solaires, si on a la bonne théorie, on devrait être en mesure d'espérer prédire ces événements", récapitule Milan Maksimovic.

3Son mystérieux électromagnétisme

L'activité de notre étoile connaît des variations. Le Soleil a des cycles de onze ans pendant lesquels le nombre d'éruptions solaires augmente, puis s'affaiblit. En ce moment, il est relativement calme. Ses pics d'activité sont visibles, par exemple, au nombre de taches à sa surface.

Image du Soleil, rassemblant plusieurs clichés pris par la sonde Solar Dynamic Observatory\'s Atomospheric, publiée par la Nasa le 9 mai 2012.
Image du Soleil, rassemblant plusieurs clichés pris par la sonde Solar Dynamic Observatory's Atomospheric, publiée par la Nasa le 9 mai 2012. (SDO / AIA / AFP)

En résumé, plus les taches sont nombreuses, plus il est agité. L'ESA a publié une image montrant une partie des taches solaires entre 1996 et 2017.

Avec des couleurs classiques, ces taches apparaissent plus sombres que le reste de la surface. Ces zones d'importante instabilité sont gigantesques. Elles peuvent faire la taille de la Terre, comme l'a illustré l'astrophysicien Karl Battams.

Ces taches sont en fait le lieu des éruptions solaires et elles sont associées à des champs magnétiques extrêmement forts. Or, l'électromagnétisme du Soleil est au cœur des interrogations.

Toutes les questions que l'on pourrait se poser aujourd'hui ramènent à la question ultime qui est : 'D'où vient ce champ magnétique ?'Tahar Amarisur France Culture

La sonde Solar Orbiter va observer le Soleil depuis les pôles, ce qui n'a jamais été réalisé. "Cela va permettre de mieux comprendre une zone fondamentale du Soleil : la tachocline, explique Milan Maksimovic. Elle est supposée être la zone où le champ magnétique du Soleil s'organise pour donner naissance au cycle de 11 ans."

4Les relations avec ses planètes voisines

Lorsque le vent solaire entre en contact avec le champ magnétique terrestre, des réactions se produisent. Ces dernières peuvent provoquer "différents phénomènes dans l'atmosphère, dont on pense que certains pourraient avoir un impact sur le climat", déclare, avec prudence, Thierry Dudok de Wit. Et de souligner aussitôt que le Soleil n'est en rien responsable du dérèglement climatique constaté actuellement sur Terre. "L'activité solaire n'explique pas du tout les variations climatiques actuelles sur Terre. L'augmentation de la température sur Terre que l'on observe en ce moment est essentiellement due à l'activité humaine", martèle également Milan Maksimovic.

Les perturbations provoquées par le Soleil ont lieu à très haute altitude. Elles n'ont pas lieu avec les plus basses couches de l'atmosphère, dont la troposphère, là où nous vivons. "Nous cherchons à comprendre comment une perturbation qui se passe à 100 km au-dessus de nous pourrait avoir des effets plus bas, expose à franceinfo Thierry Dudok de Wit. Généralement, ces perturbations sont très faibles et noyées dans le bruit des fluctuations et de phénomènes comme El Niño. Ce qui ne veut pas dire que sur le très très long terme, cela peut avoir un effet."

Au-delà des liens entre notre planète et notre étoile, il est intéressant de s'intéresser aux relations entre notre Soleil et les planètes qui nous sont proches. Thierry Dudok de Wit relève que nos voisines ont connu des destins contrastées : "Comment se fait-il que la Terre ait fini par évoluer avec une atmosphère habitable, que Mars a tout perdu et que Vénus soit devenue une serre bouillonnante ?"

Il est important d'étudier les relations entre le Soleil et les planètes de notre système solaire pour comprendre, dans le futur, les relations entre étoiles et exoplanètes. Il peut éventuellement y avoir des questions d'habitabilité d'exoplanètes.Milan Maksimovicà franceinfo

"Ce champ disciplinaire est en pleine explosion aujourd'hui", approuve Thierry Dudok de Wit, rappelant que chaque planète est différente et que la situation change radicalement selon la puissance du champ magnétique.

Le scientifique note également que des chercheurs s'intéressent aux étoiles similaires à notre Soleil (avec, entre autres, le même âge ou la même taille) pour savoir s'il est vraiment singulier. Sur l'ensemble des étoiles observées de notre galaxie, la Voix lactée, seule une dizaine d'entre elles ressemblent à notre Soleil, précise Thierry Dudok de Wit.

Ces chercheurs constatent également que notre Soleil est "plutôt calme". "D'autres étoiles ont des activités éruptives beaucoup fortes, ce qui soulève des questions notamment sur l'apparition de la vie sur Terre", poursuit Thierry Dudok de Wit, qui ajoute en souriant : "Et là, il y a beaucoup de discussions."